水泥窯協同處置危險廢物的工程化實踐

陳銳章

（華潤水泥控股有限公司，廣東 深圳 518001）

與傳統填埋、焚燒的處置方式相比，水泥窯協同處置危險廢物技術具有諸多優勢。水泥窯協同處置被譽為處理過程最安全、處理結果最徹底方式之一，且與水泥生產共攤成本，邊際成本較低，加上近年來相關政策不斷出臺，危廢處理市場需求爆發，水泥窯協同處置危險廢物在我國得到快速發展。截止2021 年底，國內水泥窯協同處置危險廢物資質能力已突破1 000 萬t/a，占據危險廢物處置的半壁江山，成為我國危險廢物處置的有效補充手段[1]。

1 水泥窯協同處置危險廢物優勢

危險廢物主要處置方式有：土地填埋法、焚燒法、固化法、化學法、生物法及深井灌注法等。而水泥窯是目前最適宜協同處置危險廢物的方法[2]。

1.1 工藝特點與危險廢物處置需求高度匹配

1）處理溫度高。由于水泥熟料煅燒的要求，新型干法回轉窯內物料燒成溫度必須保證在1 450 ℃左右（窯內最高的氣流溫度可達1 800 ℃或更高），在如此高溫下廢棄物中主要有機物的有害成分焚毀率可達99.999 9%以上，即使很穩定的有機物也能被完全分解。

2）焚燒空間大。新型干法回轉窯是一個旋轉的筒體，一般直徑在3.0 m～5.0 m，長度在45 m～100 m，焚燒空間很大。因此它不僅可以接受處理大量的廢料，而且可以維持均勻的、穩定的焚燒氣氛。

3）焚燒停留時間長。物料從窯尾到窯頭總停留時間大于30 min；氣體在高于1 000 ℃溫度下停留時間大于10 s，焚燒停留時間長是一般專用焚燒爐無法比擬的。

4）焚燒狀態穩定。水泥回轉窯是一個熱慣性很大且十分穩定的燃燒設備，不會因危險廢物投入的變化，造成大的溫度波動，系統易于穩定。

5）新型干法回轉窯內呈堿性氣氛。一方面能對燃燒后產生的酸性物質（如HCl、SO2和CO32-等）起中和作用，使它們變成鹽類固定下來，可避免普通焚燒爐燃燒廢氣產生的“二次污染”問題。

6）金屬元素固化穩定。新型干法回轉窯焚燒有毒有害廢料，可使有害廢料中可能存在的金屬元素（包括重金屬）固化在摻合料礦物中，并且固化穩固，因而新型回轉式焚燒爐起到了尾氣凈化和重金屬高溫固化的雙重作用。

7）沒有廢渣排出。在水泥工業的工藝過程中，只有經過煅燒工藝所產生的熟料，沒有一般焚燒爐產生的爐渣問題。

8）廢氣處理性能好。水泥工業燒成系統和廢氣處理系統，能使燃燒后的廢氣經過較長的路徑和良好的冷卻及收塵設備，有著較高的吸附、沉降和收塵作用，使排入大氣的灰塵和有害氣體大量降低，達到規定的排放標準。

1.2 投資及運營成本低盈利優勢顯著

初始改造成本低：目前水泥窯協同處置危險廢物年投資額小于1 000 元/t。年處置產能，而新建或改擴建傳統危險廢物焚燒爐設施的平均投資一般為0.3 萬元/t～1.6 萬元/t處置產能。

運營成本低：根據《水泥窯協同處置危險廢物污染控制規范（征求意見5 000 元/t～6 000 元/t，而水泥窯的市場處置收費大概為2 000 元/t～4 000 元/t。傳統危險廢物專業焚燒爐的市場收費大概為4 000元/t～6 000 元/t。實際處置成本方面：由于難以將危險廢物處置與水泥生產的成本嚴格區分與分拆，經驗數據表明，水泥窯協同處置危險廢物成本約在500 元/t～1 000 元/t，而傳統危險廢物專業焚燒爐處置成本約為2 000 元/t～3 000 元/t。

1.3 協同處置危險廢物適用性強

依據工信部工業窯爐協同處置固廢最佳適用技術公益性基礎課題研究的成果,水泥窯協同處置危險廢物工藝可涵蓋42 大類危險廢物處置需求，占國家危險廢物名錄種類的80%以上。

2 某公司水泥窯協同處置危險廢物工程情況

2.1 工程概況

工程依托2 500 t/d 水泥熟料生產線，處置兩類大宗來源危險廢物，其一為采用柱塞泵送技術處置PTA污泥為代表的污泥類，處置量為2 萬t/a；另一類為采用管道噴吹技術處置以廢催化劑為代表的顆粒-粉體狀工業固廢，處置量為1 萬t/a。

2.2 工程投資及工期

工程總投資額約3 千萬元，施工工期195 d。

2.3 工藝流程及說明

工程兩類大宗來源危險廢物的工藝流程如圖1、圖2 所示。

圖1 污泥類工藝流程圖

圖2 顆粒-粉狀類工藝流程圖

工程污泥類處理能力設計為65 t/d，污泥類物料經密封運輸車送至廠區后，噸包裝物料轉運倒入污泥接收儲罐倉，倉頂設置了1 套液壓驅動的自動倉蓋板并配備了入料格柵，在污泥卸料位置兩側設置了擋泥板，確保卸料時環境清潔。污泥儲罐下設計有柱塞泵輸送至污泥噴槍，噴入分解爐。在污泥接收儲存倉下布置有污泥滑架卸料機構，滑架采用液壓驅動，保證濕污泥100%的實現卸空?；芟路讲捎妙A壓螺旋出料，保證污泥下料的順暢。接受及儲存車間的廢氣采取集中入窯焚燒的方式，進行高溫處理；在停窯期間，進入預處理車間廢氣活性炭吸附凈化裝置，達標后排放。

顆粒-粉狀類處理能力設計為33 t/d，顆粒-粉狀類物料經密封運輸車送至廠區后，噸包裝物料送至集成式拆包收塵系統，拆卸后通過加壓氣力管道輸送裝置送至中間儲存倉中。中間儲存倉中的物料經過罐下轉子稱重給料機，計量裝置后，再通過高壓氣力管道輸送系統定量輸送至分解爐焚燒處置。儲存倉及輸送系統中廢氣先經過倉頂除塵凈化后，采取集中入窯焚燒的方式，進行高溫處理；在停窯期間，進入預處理車間廢氣活性炭吸附凈化裝置，達標后排放。

2.4 工程主機設備配置情況（見表1）

表1 工程主機設備配置情況

3 工程應用情況

工程自2017 年5 月開工建設，至2018 年2 月開始進行帶料試運行。在2020 年5 月完成項目整體性能考核。在考核期間，委托第三方單位同步進行環保檢測工作。項目相關考核結果如表2。

表2 水泥窯運行指標考核結果

從協同處置能力，協同處置時對熟料產量，對水泥熟料線熱耗指標，以及水泥熟料質量影響等方面分析，性能考核的結果均符合設計要求。見下頁表3、表4。

表3 水泥熟料中重金屬含量 mg/kg

表4 水泥熟料中可浸出重金屬含量 mg/L

通過以上檢測數據對比分析，性能考核期間熟料中個別重金屬總量有了較大幅度的提高，但仍然在標準控制范圍之內；可浸出重金屬并沒有顯著差異，說明本工程對重金屬固化能力強。見下頁表5。

表5 工程窯尾煙囪煙氣污染物排放檢測結果

由以上的污染物排放檢測結果可以看到，本工程有組織排放指標遠遠高于標準要求，尤其在惡臭氣體控制方面，無量綱濃度低于標準2 個數量級。

4 結語

利用水泥回轉窯協同處置危險廢物技術優勢顯著，適用性強，處置過程安全、環保、無二次污染；較現有焚燒方式相比，投資省、運行費用低、具有很好的社會效益、環境效益、經濟效益，符合國家產業政策和發展規劃。